環(huán)境對發(fā)動機(jī)工作的影響分析

桑會文

摘要:外界飛行環(huán)境復(fù)雜多變,它不僅會影響到發(fā)動機(jī)的推力經(jīng)濟(jì)性,還可能影響到發(fā)動機(jī)的工作安全。本文全面分析了外界環(huán)境對發(fā)動機(jī)工作的影響,其中既包括大氣溫度,壓力,濕度,高度對發(fā)動機(jī)的推力和經(jīng)濟(jì)性的影響。同時還有其他特殊的外界條件如發(fā)動機(jī)吸入水,發(fā)動機(jī)積冰,鳥擊和風(fēng)沙天氣飛行等條件對發(fā)動機(jī)安全性、經(jīng)濟(jì)性、推力大小的影響,并總結(jié)了這些情況在實際飛行中采用的一些防護(hù)措施和注意事項。

關(guān)鍵詞:航空發(fā)動機(jī)工作環(huán)境性能分析

中圖分類號:V22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(c)-0062-01

由于外界環(huán)境對發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)影響非常明顯,尤其是在特殊天氣環(huán)境條件下,對發(fā)動機(jī)的影響就不僅僅只是體現(xiàn)在對推力和油耗等性能方面了,甚至是嚴(yán)重危脅飛行安全的。同時對于這點的關(guān)注不但有民航從業(yè)人員,而且也吸引了廣大人民群眾的注意力。因為這一點關(guān)系到民航事業(yè)的發(fā)展也關(guān)系到人民群眾的安危。所以對于環(huán)境的影響是應(yīng)該提起足夠重視的。這樣不僅可以降低生產(chǎn)成本,還可以保障安全營運。本文分析了一些外界環(huán)境因素對發(fā)動機(jī)工作的影響。

1 外界環(huán)境因素對發(fā)動機(jī)工作的影響

實際飛行中常見影響發(fā)動機(jī)工作狀況的飛行條件主要有:大氣溫度、大氣壓力、大氣濕度等。

1.1 大氣溫度

大氣溫度降低時,一方面空氣密度增加,空氣流量增加。同時,空氣易于壓縮,發(fā)動機(jī)增壓比增加,空氣流量進(jìn)一步增加;另一方面當(dāng)渦輪前溫度一定時,發(fā)動機(jī)加熱量,有更多的熱能轉(zhuǎn)換成氣體動能,氣體速度增量增加。所以大氣溫度降低時,發(fā)動機(jī)推力增加。

大氣溫度降低,由于發(fā)動機(jī)增壓比增加,總效率增加,燃油消耗率降低。

現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)由于渦輪材料和制造工藝水平的不斷提高,通過提高渦輪前溫度來提高發(fā)動機(jī)推力,發(fā)動機(jī)的推力儲備大大增加,從而滿足飛行性能需要。如圖1所示為現(xiàn)代民用渦扇發(fā)動機(jī)的溫度曲線圖,圖中FTR為平臺溫度,即在這個溫度以下,發(fā)動機(jī)的推力隨溫度升高變化不大,當(dāng)過了此溫度之后發(fā)動機(jī)的推力就隨溫度升高而降低,發(fā)所以在炎熱的夏季(尤其是高原機(jī)場),應(yīng)注意發(fā)動機(jī)的推力性能變差,進(jìn)而會影響飛機(jī)的飛行性能如起飛滑跑距離,復(fù)飛性能等。所以機(jī)組應(yīng)嚴(yán)格遵守發(fā)動機(jī)限制。

1.2 壓力

大氣壓力增加時,空氣密度增加,空氣流量增加;同時,由于大氣壓力增加時,發(fā)動機(jī)各截面氣體壓力成比例增加,噴管中氣體的膨脹能力(膨脹比)不變。所以,發(fā)動機(jī)推力隨著大氣壓力的增加成正比增加。

1.3 大氣濕度

大氣濕度對發(fā)動機(jī)推力也有影響,當(dāng)氣體濕度較大時,氣體中水的成分增加,氣體密度減小,進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣流量減小;同時大氣濕度增加,燃燒速度減慢,渦輪前濕度降低,燃?xì)馀蛎浤芰档?排氣速度減小。最終,發(fā)動機(jī)推力減小。

大氣濕度除對發(fā)動機(jī)推力有影響外,更主要的是對飛機(jī)及發(fā)動機(jī)部件的腐蝕作用,尤其在沿海地區(qū),高濕度大氣中含鹵族成份的物質(zhì)將嚴(yán)重影響飛機(jī)及發(fā)動機(jī)部件的使用壽命。所以長期在這些地區(qū)飛行的飛機(jī),需要對飛機(jī)及發(fā)動機(jī)進(jìn)行特別的維護(hù)。

2 水吸入發(fā)動機(jī)對發(fā)動機(jī)工作的影響

水的吸入對渦輪發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)是有很大影響的,而且是多方面的,不僅可能影響發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(影響大小取決于發(fā)動機(jī)控制組件和吸入水的多少),而且可能導(dǎo)致排氣濕度(EGT)下降,燃油流量(F/F)增加,喘振機(jī)會增加,熄火機(jī)會增加。

在降水區(qū)飛行時,為了保障發(fā)動機(jī)工作的安全穩(wěn)定,應(yīng)減少發(fā)動機(jī)吸入水量的大小,或是利用進(jìn)氣量增加來減小進(jìn)入發(fā)動機(jī)的水與空氣的比值。如果在降水區(qū)低轉(zhuǎn)速下大速度飛行時(如下降過程中),進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)動機(jī)本身所需要的空氣量,因此部分空氣被甩出發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口,有效的減小了流過發(fā)動機(jī)的空氣量。但水比較重,不能像空氣一樣被甩出發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣口,從而導(dǎo)致水與空氣比例的增加,發(fā)動機(jī)工作不穩(wěn)定。所以應(yīng)依靠增加發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(RPM)增加所需空氣流量,同時減小飛行速度也將使發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口周圍被甩出的空氣量減小,來減小進(jìn)入發(fā)動機(jī)水與空氣的比值。所以,當(dāng)穿越濃降水區(qū)時,應(yīng)力圖減速并增加發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速飛行。

發(fā)動機(jī)對油門活動的反映取決于油門活動方向(指在降水區(qū)飛行的情況下)。當(dāng)加油門時由于吸水,空氣量減小,這就是“富油”現(xiàn)象。因此發(fā)動機(jī)對加油門的反映較為遲緩;而收油門時,則相反,發(fā)動機(jī)比正常的反映要靈敏,將會導(dǎo)致快速降低功率。

總之,渦輪發(fā)動機(jī)吸入水后將導(dǎo)致:

(1)減小了喘振的裕度。(2)發(fā)動機(jī)可能降低功率乃至功率喪失。(3)發(fā)動機(jī)可能熄火。(4)發(fā)動機(jī)對油門的反映是:加油門,反映遲緩;收油門,反映靈敏。

3 積冰對發(fā)動機(jī)工作的影響

發(fā)動機(jī)的積冰部分包括進(jìn)氣道前緣,進(jìn)氣整流錐等部位.發(fā)動機(jī)積冰后,一方面使空氣流量減小,發(fā)動機(jī)推力降低;另一方面引起進(jìn)氣道氣流分離加劇,進(jìn)而影響壓氣機(jī)工作的穩(wěn)定性,發(fā)動機(jī)嚴(yán)重積冰時,發(fā)動機(jī)振動將加劇,壓氣機(jī)容易喘振。此外,當(dāng)冰層脫落時,將直接被發(fā)動機(jī)吸入,損壞風(fēng)扇葉片和壓氣機(jī)葉片,發(fā)動機(jī)也容易熄火。所以燃?xì)鉁u輪動力裝置對發(fā)動機(jī)容易積冰的部位應(yīng)有相應(yīng)的防止裝置防止發(fā)動機(jī)積冰,確保發(fā)動機(jī)的性能及安全工作。

常見的防冰方式有:熱空氣防冰,電加溫防冰和慣性防冰。熱空氣防冰是通過從壓氣機(jī)引來的熱空氣送到相應(yīng)發(fā)動機(jī)防冰部位進(jìn)行加溫,廣泛應(yīng)用在渦

輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)上。電加溫防冰是利用飛機(jī)電源對安裝在發(fā)動機(jī)防冰部位的電加熱元件通電加溫,常用在渦槳和渦軸發(fā)動機(jī)上。慣性防冰是通過改變氣流方向,利用離心力將氣流中的冰塊、水分、外來特等分離出,防止進(jìn)入發(fā)動機(jī),達(dá)到防冰的目的。這種防冰方式無需消耗能量,但氣流損失較大,常用在中、小功率的渦軸發(fā)動機(jī)上。有的渦扇發(fā)動機(jī)進(jìn)氣整流錐頭部安裝一特別橡皮頭,當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時,因橡皮頭自身不斷微振,空氣中的過冷水滴不易在橡皮頭上凝結(jié)成冰;同時由于橡皮頭位于發(fā)動機(jī)整流錐最容易積冰處,因而達(dá)到防止整流積冰的目地。

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